Законы статистические или вероятностные. Понятие вероятности

ЛЕКЦИЯ 5.

Законы в классической механике имеют универсальный характер. Наряду с ними в науке с середины прошлого века стали все шире применяться законы другого типа. Их предсказания не являются однозначными, а только вероятными. Это обстоятельство долгое время служило препятствием для признания их в науке в качестве полноценных законов. Заключения, основанные на этих законах, не следуют логически из имеющейся информации, а потому не являются достоверными и однозначными. Поскольку сама информация при этом носит статистический характер, то такие законы часто называют статистическими. Новый подход при описании систем, состоящих из огромного числа частиц, впервые развит Максвеллом, который понимал, что физическая задача должна быть поставлена иначе, чем в механике Ньютона, а именно, нужно попытаться найти вероятность того, что данная молекула обладает определенным значением скорости. Для описания случайного характера поведения молекул вводится понятие вероятности. Используя это понятие, Максвелл вывел закон распределения числа молекул по скоростям (вероятностный, статистический закон).

В настоящее время существуют по крайней мере три интерпретации термина «вероятность».

1. Первая связана с классическим периодом развития теории вероятностей, когда вероятность события определялась как отношение числа случаев, благоприятствующих появлению события, к общему числу всех возможных случаев. Такое определение встречается у одного из основоположников классической теории вероятностей – французского математика Лапласа.

2. Вероятность появления тех или иных событий нашли ученые путем сравнения числа появления исследуемого события к общему числу всех наблюдений. Чем чаще происходит событие, тем выше вероятность его появления при данных условиях наблюдения. Чем больше сделано наблюдений, тем точнее будет вычислена и вероятность события.

3. Некоторые ученые предложили рассматривать вероятность события как предел его относительной частоты при бесконечном числе наблюдений. Практически осуществить бесконечное число наблюдений невозможно, поэтому договорились считать вероятность Р события А: Р(А) = m/n, где m – число появлений интересующего события, n – число всех наблюдений. Такое определение еще называют частотным. Частотная или статистическая интерпретация вероятности получила наиболее широкое распространение в естественных и технических науках, а в последние десять лет и в социальном и гуманитарном познании.

Реальные процессы состоят из большого количества элементов, связи между которыми имеют сложный характер. Большую роль здесь играют случайные факторы. Но и для них можно найти некоторые регулярности, которые дают возможность строить вероятностные прогнозы их будущего поведения. Частотная интерпретация имеет значение при установлении статистических законов (в физике, биологии, демографии, страховом деле и т. д.). Отношение к статистическим законам принципиально изменилось после открытия законов квантовой механики, предсказания которых имеют вероятностный характер.

Классификация систем. Термодинамика и статистическая физика

Вселенная рассматривается как совокупность взаимодействующих между собой систем. Системы бывают замкнутые, закрытые и открытые. Замкнутая система не обменивается с окружающей средой ни энергией, ни веществом. Закрытая обменивается энергией, но не обменивается веществом. Открытые не обмениваются ни веществом, ни энергией. Процессы, происходящие в этих системах, по своему характеру делятся на обратимые и необратимые. Обратимым называется процесс, который отвечает следующим условиям:

1. Его одинаково легко можно провести в двух противоположных направлениях (колебания маятника).

2. В каждом из этих направлений система проходит через одни и те же состояния.

3. После проведения прямого и обратного процесса система и окружающие ее тела возвращаются к исходному состоянию.

Все реальные процессы необратимы. В открытых системах возможны процессы, которые удовлетворяют первым двум условиям обратимости, но не удовлетворяют третьему. Эти процессы называют квазистатическими. Их можно считать практически обратимыми в рамках открытых систем, но они необратимы для всей Вселенной в целом, например, лед весной превращается в воду за счет энергии солнечного излучения, но после замерзания зимой она не отдает высвобождающуюся при этом энергию назад Солнцу. Энергия излучается в космическое пространство в инфракрасном диапазоне и растворяется в бесконечности Вселенной.

Процессы передачи тепла являются необратимыми процессами. Их изучением занимается наука, называемая термодинамикой. Если классическая механика описывает законы движения тел под воздействием внешних сил, отвлекаясь от внутренних изменений, происходящих в механических системах, то термодинамика исследует физические процессы при различных преобразованиях тепловой энергии. Но она не анализирует внутреннее строение термодинамических систем, как это делает статистическая физика, рассматривая теплоту как беспорядочное движение огромного числа молекул. Термодинамика строится на основе фундаментальных принципов (начал), которые являются обобщением многочисленных наблюдений. Обоснование законов термодинамики, их связь с законами движения частиц, дается статистической физикой.

Дата добавления: 2014-01-03